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Risers, estruturas fundamentais para a extração de petróleo em bacias submersas, são
dutos suspensos que interligam as linhas de produção submarinas das plataformas
de exploração ao fundo do oceano. Os risers estão expostos à correntes marítimas
que, com sua passagem, originam vórtices que acarretam vibrações na estrutura. As
vibrações podem reduzir a vida útil do equipamento, visto que, conforme a intensidade
e a frequência de excitação, o material que compõe a estrutura pode ser afetado por
fadiga prematura. Este trabalho tem como objetivo caracterizar as frequências naturais
e os modos de vibrar de um modelo flexível que representa a dinâmica dos risers.
Desse modo, ao se compreender como o sistema vibra, o fenômeno de fadiga devido
ao VIV, por exemplo, pode ser evitado. Para tanto, são utilizados equipamentos de
rastreamento de movimentos por processamento de imagens e também ferramentas
de análise numérica. O modelo investigado, portanto, tem sua dinâmica livre analisada
experimentalmente e numericamente, além de ser verificado também de maneira
analítica. Os dados obtidos foram avaliados, buscando obter valores compatíveis entre
as diferentes técnicas e um estudo completo de como ocorre a vibração no modelo,
baseado nas frequências e modos naturais identificados. Ao final deste trabalho foi
possível caracterizar a dinâmica do modelo para os primeiros modos de vibrar e calcular
as frequências naturais de dez modos./ Risers, fundamental estructures for petroleum extraction, are suspended pipelines that
connects the subsea production lines of exploration platforms with the deep ocean.
The risers are exposed to sea currents that, with their passage, create vortices that
cause vibrations in the structure. Vibrations can reduce the life time of the equipment,
since, depending on the intensity and frequency of excitation, the material that makes
up the structure can be affected by premature fatigue. This thesis has the objective
to study the modes and natural frequencies of a model that represent the dynamics
of risers. By understanding how the system vibrates, the fatigue phenomenon due to
VIV, for example, can be avoided. For this purpose, image processing motion tracking
equipment and numerical analysis tools are used. Therefore, the model has its free
dynamics analyzed experimentally and numerically, in addition to being also verified
analytically. The obtained data were evaluated, seeking to obtain compatible values
between the different techniques and a completed study of how vibration occurs in
the models, based on the identified natural frequencies and modes. In the end of the
study, it was possible to characterize the dynamics of the experimental model for the
first modes of vibrating and calculate the natural frequencies of ten modes. |
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